Как работает блокчейн

Технология блокчейн все еще находится на раннем этапе развития, однако она уже предлагает множество преимуществ для бизнеса: от создания новых бизнес-моделей и переосмысления существующих, до снижения затрат, повышения безопасности и укрепления доверия внутри экосистем.

Основы блокчейна

Блокчейн представляет собой значимую технологическую инновацию. Это специальный тип базы данных, который изменяет способ подтверждения и хранения цифровых транзакций с помощью технологии распределенного реестра (DLT — Distributed Ledger Technology).

В самом простом виде технология распределенного реестра (DLT) — это подход, при котором данные записываются и хранятся в разных местах. Вместо того чтобы доверять хранение информации только одному центральному месту или стороне, все участники системы сохраняют полную историю транзакций вместе. Это означает, что информация распределена между множеством участников и каждый из них имеет доступ к полной и неприемлемо изменяемой копии данных, что повышает прозрачность и доверие в системе. Этот распределенный реестр и составляет основу технологии блокчейн.

Блокчейн — это революционная технология, которая отличается от традиционных подходов к обновлению и подтверждению процессов. Вместо одного центрального контролирующего органа, здесь децентрализованное сообщество участников играет ключевую роль. Каждый компьютер или узел в сети, называемый узлом блокчейна, соглашается о состоянии общей реальности и сохраняет запись обо всех произведенных транзакциях.

Важно понимать, что каждая транзакция, когда-либо совершенная в сети, записывается и постоянно хранится на каждом узле. Это означает, что невозможно изменить историю реестра или провести одну и ту же транзакцию дважды. Таким образом, участники блокчейн сети не должны доверять друг другу в обычном смысле, так как ни один участник не может обмануть всю систему.

Это своеобразное соглашение обо всем, что происходит в сети, называется “консенсусом”. Благодаря этому механизму, блокчейн обеспечивает безопасность, надежность и прозрачность, что делает его уникальной и мощной технологией для различных приложений и отраслей.

Технология блокчейна безопасна и надежна, поэтому она идеально подходит для хранения и обработки чувствительной информации, в особенности для транзакций между сторонами, которые должны быть проверяемыми и постоянными (контракты, право собственности, цифровая идентичность и учетные данные, и, конечно же, криптовалюты).

В блокчейне транзакции хранятся в записях, называемых блоками, которые взаимосвязаны между собой. Каждый новый блок ссылается на предыдущий блок с помощью уникального идентификационного номера, который называется “хешем”.

Основные три компонента блока включают данные, хеш текущего блока и хеш предыдущего блока. Эти блоки объединяются в цепочку, отсюда и происходит название “блокчейн”. Цепочка может быть продолжена бесконечно по мере добавления новых блоков. Однако количество данных, которое можно хранить в блокчейне, ограничено, так как каждый узел сети хранит копию каждого блока.

Чтобы обеспечить безопасность данных, информация в блоках обычно либо шифруется, либо хешируется до фиксированного размера, который укладывается в ограничения размера блока. При этом сами реальные данные могут храниться на внешних серверах, таких как традиционные или распределенные базы данных, или использовать распределенные файловые системы, например, IPFS (InterPlanetary File System). Все это делает блокчейн надежным и безопасным средством для хранения и передачи информации.

В блокчейне также широко используется хеш-функция для распределения данных.

Эта функция принимает данные любого размера, выполняет вычисления и создает выходные данные фиксированного размера, которые называются хешами. Ключевое требование к хеш-функции состоит в том, чтобы гарантировать, что никакие два входа не производят одинакового выхода (то есть, хеш-функция должна быть устойчива к коллизиям).

Хеширование в блокчейне обеспечивает связь между блоками. Каждый вновь созданный блок получает хеш предыдущего блока, и новый хеш распространяется между всеми узлами сети. Каждый узел (или нода) поддерживает свою собственную копию данных. Если кто-то попытается изменить информацию в одном из блоков, это потребует обновления данных на всех узлах сети. С увеличением числа узлов сложность такого обновления возрастает экспоненциально, что обеспечивает надежную защиту от возможных попыток манипулирования данными в блокчейне.

Механизмы консенсуса

В распределенных системах, включая блокчейн, необходим механизм для достижения согласования и синхронизации между узлами сети, чтобы подтвердить транзакции перед их добавлением в блокчейн. Эти механизмы называются механизмами консенсуса. Существуют различные механизмы консенсуса, каждый из которых оптимизирован для определенных параметров, таких как скорость транзакций, энергопотребление, децентрализация, безопасность или масштабируемость. Два наиболее распространенных механизма консенсуса — Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS).

Proof of work (Доказательство работы)

Это оригинальный механизм консенсуса, который используется, например, в Bitcoin. В нем майнеры (или узлы) конкурируют друг с другом, решая сложные математические задачи. Первый, кто решит задачу, получает право добавить блок с транзакциями в блокчейн и за это получает награду. Поскольку решение задачи требует большого количества вычислительной мощности, такой механизм делает манипулирование данными в блокчейне практически невозможным и обеспечивает высокий уровень безопасности. Однако PoW также имеет свои недостатки: он потребляет много энергии и может быть неэффективным при обработке большого числа транзакций.

Proof of Stake (Доказательство доли)

Это альтернативный механизм консенсуса, который используется, например, в Ethereum с 2022 года. Здесь узлы, называемые валидаторами, делают ставки в виде своих токенов в качестве гарантии подтверждения транзакций. При этом выбор валидаторов зависит от их доли в сети. Таким образом, более крупные участники сети (>51%) имеют больше стимулов работать честно, так как нарушение правил противоречит их интересам и может привести к потере средств. PoS обеспечивает более быструю обработку транзакций (~15+ транзакций в секунду [TPS]) и требует меньше энергии по сравнению с PoW. Однако валидаторы должны заблокировать некоторое количество токенов на определенный период времени, что может быть явным минусом для тех, кто хочет торговать своими токенами в течение этого времени.

В результате, PoW и PoS представляют два различных подхода к достижению консенсуса в блокчейне, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения в зависимости от особенностей конкретной блокчейн-сети.

В целом, блокчейн — это технология, которая может радикально преобразовать множество отраслей, включая финансовые услуги, здравоохранение, цепочки поставок, энергетику и многие другие. Он предлагает уникальные преимущества в виде децентрализации, прозрачности, неподдельности и безопасности.

Однако стоит помнить, что выбор подходящего блокчейна может зависеть от конкретных требований проекта. Различные блокчейны имеют разные свойства и могут быть оптимизированы для различных параметров, таких как скорость транзакций, энергопотребление, степень децентрализации и т. д.

В конце концов, ключ к успешному применению блокчейна лежит в понимании того, как он работает и как он может быть использован для удовлетворения ваших потребностей. Благодаря данной технологии появились все текущие криптовалютные проекты, и ожидается появление еще многих других, которые могут кардинально изменить различные аспекты нашего будущего.